Sensores cuánticos con un átomo frío ultrasensibles para avanzar en geofísica y computación
La tecnología de átomos fríos todavía no se utiliza en aplicaciones en el mundo real. El proyecto ISENSE, financiado por la Unión Europea, pretende cambiar esta situación mediante el desarrollo de nuevas tecnologías integradas en un solo sistema y demostrarlas en un dispositivo sensor cuántico con átomos fríos. Los sensores cuánticos utilizan efectos cuánticos avanzados, como la superposición, para alcanzar niveles ultra elevados de sensibilidad, más allá de los de los de los dispositivos clásicos. Un átomo puede estar, simultáneamente, en dos estados internos de energía (superposición), lo cual significa que los átomos atraviesan dos trayectorias de altura distinta, lo cual permite construir sensores ultrasensibles. Los dispositivos con átomos fríos pueden lograr el máximo control posible sobre la posición, la velocidad y los estados internos de los átomos utilizando técnicas de interacciones entre átomos ligeros. «En cuanto los átomos se enfrían hasta una millonésima de grado por encima del cero absoluto, se convierten en partículas detectoras perfectas para sensores cuánticos. Se ha demostrado la detección de tiempo, gravedad, rotación y campo magnético en el laboratorio con precisiones de récord», explica el profesor Kai Bongs de la Universidad de Birmingham (Reino Unido) y coordinador de proyecto ISENSE. Además, añade que «la tecnología iSense hace posible pensar en un gravímetro móvil y absoluto con una sensibilidad mayor». Si los átomos se enfrían todavía más, se convierten en un gas cuántico degenerado que tal vez se podría utilizar en computación cuántica. A pesar de que ya se ha demostrado dicha tecnología, ISENSE pretende ir un paso más allá con la integración de todos los componentes necesarios para un sensor cuántico de átomos fríos en un solo sistema móvil. «Este es un paso crucial para convertir la ciencia en una tecnología comercial que puede afectar a la vida de todo el mundo», dice Bongs.ISENSE desarrolló la tecnología cuántica con átomos fríos utilizando láseres, elementos ópticos de guiado, control electrónico, vacío y tecnología de chips atómicos de bajo consumo. A continuación, estas tecnologías se integraron en un dispositivo sensor de gravedad con el fin de demostrar su funcionamiento. Traslado al mercado El proyecto logró demostrar el sensor cuántico de ISENSE con éxito en Bruselas. Esto permitió al proyecto atraer un mayor interés de la industria por la tecnología cuántica. «La industria se dio cuenta de que existe una verdadera oportunidad práctica en este terreno. Ahora, más de setenta empresas brindan apoyo al National Quantum Technology Hub in Sensors and Metrology del Reino Unido, que ahora está dando los pasos siguientes para desarrollar nuestras tecnologías», explica Bongs. Cuando estén disponibles comercialmente, los dispositivos sensores de gravedad móviles y ultrasensibles podrían revolucionar áreas de la geofísica como la cartografía de aguas subterráneas, la evaluación de la actividad sísmica y volcánica, la valoración de lugares de construcción de colectores subterráneos y la localización de tuberías subterráneas. En la actualidad, la necesidad de excavar para localizar agujeros y colectores cuesta miles de millones de euros anuales a la economía europea. La plataforma tecnológica de ISENSE se puede utilizar en cualquier dispositivo con átomos fríos. Esto incluye sensores cuánticos, simuladores cuánticos, memorias cuánticas para comunicaciones cuánticas y ordenadores cuánticos. De ellos, los más próximos a la comercialización son los sensores cuánticos, en particular para gravedad, tiempo, rotación y campos magnéticos.
Palabras clave
Sensores cuánticos, átomos fríos, tecnologías cuánticas, geofísica, gravedad, detección
